33. Бар”єрний ефект приповерхневих шарів при деформуванні матеріалів, його фізична суть.
Существует положение : поверхностные зёрна поликристаллических материалов пластически деформируются раньше, чем внутренние объёмы материалов. Вывод о преимущественном пластическом течении в приповерхностных слоях кристалла на начальных стадиях деформирования подтверждается экспериментально. На основании исследования плотности дислокации на глубине и изучении особенностей микропластической дефформации в приповерхностных слоях:
Н
а
рисунке 1 – зависимость плотности
винтовых дислокаций от глубины снятого
полированием приповерхностного слоя
кристалла ( LiF).
На рисунке 2 – кривые сжатия кристаллов
LiF
без снятия поверхностного слоя (кривая
1), со снятием полированием на глубину
7 мкм (кривая 2), на глубину 14 мкм (кривая
3).
В приповерхностных слоях кристалла возникают аномально облегчённые энергетические условия пластического течения. В то же время поверхностные слои могут играть роль барьера в общем процессе макроскопической дефформации. В зависимости от абсолютной величины и конкретных условий деформаций получают как более слабый, так и более упрочнённый приповерхностный слой. Необходимо учитывать конкретные условия дефформации, тип среды, её абсолютную величину и скорость, предъисторию материала, метод нагружения. Протекание процесса микропластической дефформации в приповерхностных слоях кристаллов разделяют на две основные стадии:
аномальное поведение выражается в более облегчённом образовании и движении дислокации по сравнению с объёмом. Плотность и скорость дислокации испускаемых приповерхностными слоями на 1-1,5 порядка превышает объёмные величины.
Протекание стадии (упрочнение) (баръерный эффект поверхности) можно рассматривать как следствия первой стадии аномального пластического течения. Вблизи поверхности образуется слой с повышенной плотностью дислокаций – debris-слой. Он препятствует выходу дислокации на поверхность и тормозит объёмную дислокацию.
Существует 3 случая баръерного эффекта поверхности:
1.БЭ атомарно чистой поверхности оюусловлен дислокациями, которые выходя на поверхность кристалла должны иметь дополнительную энергию, затрачиваемую на работу, связанную с увеличением общей поверхностной энергии кристалла. Максимальное проявление этого эффекта наблюдается при деформации материалов в присутствии поверхностноактивных сред, резко изменяющих величину удельной поверхностной энергии кристалла.
2. БЭ реально окислённой поверхности или покрытой твёрдыми плёнками (эффект Роско)
3. БЭ, связанный с формированием некоторого градиента плотности дислокаций вблизи поверхности, вохникающих в следствие облегчённых условий деформации
В реальных условиях эти эффекты могут накладываться друг на друга, взаимодействовать и перераспределять удельный вклад в каждого из них в общую суммарную величину этого явления.
34. Загальна характеристика середовищ, групи середовищ.
Оценка реальной несущей способности материалов и деталей машин в заданных условиях их эксплуатации может быть дана с позиции физико-химической механики материалов, т.е. механики разрушения и прочности материалов в средах, изучающей влияние внешних сред на механические свойства материалов, а также физико-химические взаимодействия, протекающие на поверхности и в объёме деформируемого материала, контактирующего со средой. 1.жидкие и газовые среды по отношению к данному физическому телу при заданных условиях делятся на три группы:
- неактивные, т.е. текие которые не влияют на свойства тела
- физически активные, т.е. такие которые влияют на свойства тела, но не вступают с ними в химическое взаимодействие
- химически активные, т.е такие которые влияют на свойства тела в результате химического взаимодействия с ними.
2.Влияние среды на деформируемый материал начинается с понижения поверхностной энергии материала в результате адсорбции. Это процесс – первичный и универсальный при взаимодействии среды с различными материалами
3.Взаимодействие среды с материалом усиливается, если повышается энергетический уровень частиц среды или кристаллической решётки материала, т.е если среда или тело энергетически возбуждены, то их взаимодействие усиливается.
4.Наиболее интенсивное взаимодействие среды и материала в процессе его деформации наступает тогда, когда в материале возникают пластические деформации.
5.Существует два принципиально различных механизма влияния среды на материал:
- понижение уровня поверхностной энергии твёрдого тела – физическое взаимодействие
- формирование структуры с новыми свойствами – химическое взаимодействие – образование новых хим. Связей.
6.Поверхностно-активные среды влияют на характер деформации и разрушение конструкционных материалов в первую очередь через дефекты структуры, главным образом вследствие изменения свойств материала в окрестности остроконечных пустот (трещин) в деформированном материале. Именно в окрестности вершин дефектов типа трещин воздействие среды приводит к изменению сопротивления материалов распостранению в нём трещин – т.е. изменению его трещиностойкости, а значит, и его характеристик статической и усталостной прочности.
7.Действие среды и концентрации механических напряжений на прочность конструкционных иатериалов в средах не аддитивны.
Данные положения – постулаты физико-химической механики конструкционных материалов – исходные при анализе процессов деформации и разрушения конструкционных материалов в реальных условиях эксплуатации. Они используются вместе с законами механики и физики деформированного твёрдого тела для объяснения действия сред на разрушение материала, для прогнозирования долговечности элементов конструкций в заданных условиях эксплуатации.